石炭選鉱工場

石炭準備工場( CPP 、石炭処理準備工場( CHPP )、石炭処理工場、準備工場、ティップル、または洗浄工場とも呼ばれる) は、石炭から土や岩石を洗い流し、石炭を等級分けした大きさの塊に粉砕し(選別)、市場への輸送に備えて等級別に備蓄し、多くの場合、石炭を貨車、はしけ、または船舶に積み込む施設です。

石炭から除去できる廃棄物が多くなればなるほど、石炭の総灰分含有量は低くなり、石炭の市場価値は高まり、輸送コストは低くなります。

炭鉱から石炭選鉱工場に運ばれる石炭は、ラン・オブ・マイン（ROM）石炭と呼ばれます。これは CPP の原料であり、石炭、岩石、中間物、鉱物、汚染物質で構成されています。汚染物質は通常、採掘プロセスによってもたらされ、機械部品、使用済み消耗品、地中掘削ツールの部品などが含まれる場合があります。ROM 石炭は、水分と最大粒子サイズが大きく変動する可能性があります。

石炭は、準備プロセスのさまざまな段階で保管され、CPP 施設内を搬送される必要があります。石炭の取り扱いは、バルク材料の取り扱いというより広範な分野の一部であり、CPP の複雑かつ重要な部分です。

備蓄は、 CPP のさまざまな部分にサージ容量を提供します。ROM 石炭は、1 時間あたりのトン数 (tph) の生産速度が大きく変動しながら供給されます。ROM 備蓄は、洗浄プラントに石炭をより低い一定速度で供給できるようにするために使用されます。単純な備蓄は、ダンプ トラック、ブルドーザーで押し込んだ山、またはコンベアブームから機械が石炭を山に投棄することによって形成されます。より制御された備蓄は、スタッカーを使用してコンベアの長さに沿って山を作り、リクレーマーを使用して製品の積み込みなどに必要なときに石炭を回収することによって形成されます。備蓄が高く幅が広いほど、一定量の石炭を保管するために必要な土地面積が減少します。石炭備蓄が大きいほど熱損失率が低下するため、自然発火のリスクが高くなります。

石炭備蓄を作るには、供給コンベアをまたいで移動する ラッフィングブームスタッカーが一般的に使用されます。

トンネル コンベアは、連続スロット ホッパーまたはバンカーから石炭をストックパイルの下に供給して、材料を再利用することができます。フロントエンド ローダーとブルドーザーを使用して、石炭をフィーダーに押し込むことができます。フロントエンド ローダーが、ストックパイルから石炭を再利用する唯一の手段である場合もあります。この場合、初期資本コストは低くなりますが、処理トンあたりのドルで測定される運用コストははるかに高くなります。大容量のストックパイルは、通常、バケット ホイールリクレーマーを使用して再利用されます。これにより、非常に高い速度を実現できます。

石炭のサンプリングは、石炭の生産と販売におけるプロセス制御の重要な部分です。グラブ サンプルは、プロセス ストリームの 1 点における石炭の 1 回限りのサンプルであり、あまり代表的ではありません。ルーチン サンプルは、一定期間にわたって、または出荷ごとに、設定された頻度で採取されます。石炭のサンプリングは、いくつかの種類のサンプリング デバイスで構成されます。「クロス カット」サンプラーは、米国材料試験協会 ( ASTM ) によって最初に発行された標準で指定された「ストップ ベルト」サンプリング方法を模倣しています。クロス カット サンプラーはコンベア ベルトの上に直接取り付けられ、フォーリング ストリーム サンプラーはベルトのヘッド セクションに配置されます。多くの石炭事業では、洗浄プラントにいくつかのポイントがあり、そこでサンプリングを行います。プラントに入る前の生の石炭。プラントが見逃したものを確認するための廃棄物。次に、出荷されているものを正確に確認するための精炭。サンプラーは、実際のベルト上の製品の 1 時間あたりのトン数、1 分あたりのフィート数、および最大サイズに応じて設定されます。サンプルを採取した後、粉砕し、サブ サンプルを採取してメイン ベルトに戻します。サンプルはテストのために独立した研究所に送られ、その結果はバイヤーとサプライヤーに共有されます。多くの場合、バイヤーは石炭を受け取ったら再度サンプルを採取し、結果を「ダブルチェック」します。石炭の灰分、水分、kCal (BTU)、硫黄、Fe、Ca、Na、その他の元素成分の継続的な測定は、クロスベルト元素分析装置によって報告されます。この情報は、方法ごとに定期的に研究所のデータに較正できます。

石炭埋蔵量の洗浄特性は、原炭サンプルの分離データを取得することで得られます。分離とは、石炭を他のさまざまな密度の物質から分離するために必要な物理的な破壊の量を指します。低密度の物質はクリーンな石炭であり、高密度の物質は不良品（岩石）です。中間の密度の物質はミッドリングと呼ばれます。

分離データは、一般的に浮沈分析によって得られます。この分析の手順は、オーストラリア規格 AS 4156.1 – 1994「石炭の準備 - 高品位石炭 - 浮沈試験」に詳しく記載されています。^{[引用が必要]}

粉砕によりROM 石炭の全体的な上部サイズが縮小され、CPP 内での取り扱いと処理が容易になります。粉砕要件は CPP 設計の重要な部分であり、さまざまなタイプがあります。

スクリーニング プラントのスクリーンは、プロセス粒子をサイズ別にグループ化するために使用されます。脱水スクリーンは、製品から表面水を除去するために使用されます。スクリーンは、静的、機械的、または電気機械的に振動させることができます。スクリーン デッキは、スプリング スチール、ステンレス鋼、軟鋼、ポリウレタン (PU) などのさまざまな材料で作ることができます。

重力分離法では、石炭の等級ごとの相対密度の違いと、不合格物質を利用します。

ジグは、粗い石炭を重力で分離する方法です。湿式ジグには次のような種類があります。

• バウムジグ
• サイドパルスジグ
• バタックジグ
• アンダーエアジグ

高密度媒体重力分離法では、磁鉄鉱などの材料を使用して、水よりも密度の高い媒体を形成し、分離を促進します。

DMB には次のような種類があります。

• テスカ風呂
• ダニエルズバス
• リーバーバス
• トロンプ浅風呂
• ドリューボーイ風呂
• バルボイズ浴場
• チャンスコーン
• ウェムコドラム

サイクロンは円錐形の容器で、石炭と細かく粉砕されたマグネタイト (媒体) が、あらかじめ決められた流量と圧力でテーパー状の入口と短い円筒形セクションに接線方向に送り込まれ、その後、分離が行われる円錐形セクションに送られます。比重の高い部分は、より大きな遠心力の影響を受けるため、中心コアから離れ、サイクロン本体の壁に沿って頂点に向かって下降し、スピゴットとも呼ばれるアンダーフローオリフィス排出口から不良品/中間物として排出されます。より軽い粒子は上向きの流れに捕らえられ、渦流ファインダーを経由してサイクロンのオーバーフロー出口からきれいな石炭として排出されます。オーバーフローオリフィスから、石炭はオーバーフローチャンバーに入り、プロセスの次の段階に排出されます。

流入する流体は、サイクロン本体の外側領域から始まります。これが、回転運動と組み合わさって外側の螺旋を形成します。上部中央出口の存在と、円錐の頂点出口からすべての流体を排出できないことが、外部の移動質量から流体の一部が内側に移動することを助けます。頂点に近づくにつれて、つまり半径が小さくなるにつれて、内側への移動量が増加し、この移動流を流れる流体は最終的に垂直速度方向を反転し、サイクロンオーバーフロー出口、つまり渦ファインダーに向かって上向きに流れます。同時に回転するため、結果は内側の螺旋になります。

重質媒体サイクロンは、非常に高品質のセラミック タイルで裏打ちされているか、特別に設計されたらせん状のプロファイルを持つNi-hard (ニッケルを含む鋳鉄の非常に硬い合金) で製造されています。サイクロンは、重質媒体洗浄機の洗浄ユニットの心臓部です。これは可動部品ではないため、メンテナンスはほとんど必要ありません。ただし、サイクロンの入口の圧力は非常に重要な要素であり、約 D x 9 x 9.81 x 密度/100 (バール単位) の最小圧力を維持することが推奨されます。ここで、D はサイクロンの内径 (mm) です。パルプ (石炭とマグネタイトの混合物) がサイクロンに導入される圧力が、サイクロン内の力を制御する主な手段であることに注意することが重要です。圧力が低下すると、より多くの石炭が廃棄/中間物に送られ、分離効率が低下します。

何らかの理由でサイクロン給水ポンプがサイクロンの入口に必要な圧力を供給できない場合は、給水を直ちに停止し、配管、タンク、ポンプに詰まりがないか適切に点検し、詰まりがあれば回路または給水を開始する前に適切に清掃する必要があります。

微細石炭は、フロス浮選法を使用して洗浄されます。使用される浮選法には、デンバー セルとジェイムソン セルの 2 種類があります。スパイラルは、粒子の密度とサイズに基づいて、微細な物質をシンプルかつ低コストで、かなり効率的に分離します。

製品から水が除去され、質量が減り、備蓄品に流出します。脱水には、次のようなさまざまな方法があります。

粗炭脱水：

• 粗炭遠心分離機
• スクリーンボウル遠心分離機
• スラリースクリーン

微粉炭の脱水：

• 脱水サイクロン
• 水平ベルトフィルター
• ベルトプ​​レス

尾鉱から水を取り除き、水をリサイクルします。このプロセスでは、フィルター、遠心分離機、濃縮装置が使用されます。ブラックウォーターは尾鉱の一種です。副産物として生成され、通常は石炭スラリー貯留槽に入れられますが、これが環境災害の原因となることがあります。

濃縮装置は、尾鉱または製品のスラリーを脱水するために使用されます。濃縮装置は、供給スラリーの水から固形物を沈殿させるために使用される大きな円形のタンクです。分離された水は浄化され、CPP でプロセス水として再利用されます。

濃縮槽の大きさは、処理するスラリーの量に応じて決められます。典型的な大きさは、直径13～40m、高さ3～4mです。^[1]濃縮槽の底は円錐形で、中心に向かって緩やかに下がっています。

供給物は、濃縮槽の中央上部にあるフィードウェルにポンプで送り込まれます。供給物には通常、濃縮槽に送られる前に 凝集剤が投入されます。

濃縮された塊は、タンクの周りを回転する大きなレーキによって濃縮槽の底部中央に向かって移動します。回転速度は非常に遅く、特に直径の大きい濃縮槽の場合は駆動トルクが高くなることがあります。高密度はレーキや駆動装置の故障の原因となる可能性があるため、駆動トルクは通常継続的に監視されます。駆動トルクを減らすためにレーキを上昇させる能力がある場合があります。

濃縮スラリーは濃縮槽の底部からポンプで排出されます。製品石炭の場合、通常は出荷前にさらに脱水する必要があります。濃縮尾鉱は尾鉱ダムにポンプで送り、より大きなサイズの廃棄物と一緒に処分するか (共同処分)、処分前にさらに脱水することができます。

制御と計装は CPP の非常に重要な部分です。流量、密度、レベル、灰分、水分の測定は制御システムへの入力です。PLC はプラント設計で広く使用されています。SCADA システムは通常、プロセスの制御に使用されます。プラントで使用されるその他の計装には、密度計やオンラインの石炭元素分析装置などがあります。

1810年、石炭採掘の先駆者であるドイツのエルンスト・フリードリヒ・ヴィルヘルム・リンディヒが石炭選鉱工場を発明しました。

• ブラックウォーター（石炭）
• 石炭破砕機

• 南アフリカ石炭選鉱協会
• オーストラリア石炭選鉱協会
• 中国石炭研究所石炭準備部門
• イタリア炭鉱協会